(57)【要約】【課題】像担持体に対する現像剤の搬送量を適切に設定するために、ベルト部材の転動速度とベルト部材上の現像剤量の条件を最適化した現像装置を提供する。【解決手段】ベルト部材１０１によって搬送される現像剤を、進行波電界により、感光体ドラム１に向けて飛翔させることにより、感光体ドラム１上の静電潜像を現像するようにした現像装置において、感光体ドラム１のプロセス速度をｖｐ、感光体ドラム１上に必要とされるトナー量をｍｐ、ベルト部材１０１の転動速度をｖｂ、ベルト部材１０１上の現像剤量をｍｂとしたときに、ｖｐ×ｍｐ＜ｖｂ×ｍｂ＜１．９３×ｖｐ×ｍｐ・・・（１）式が満たされるように構成する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に形成された静電潜像を担持する像担持体に対向して配置され、基材中に所定間隔をおいて配列された複数の進行波発生電極に対して互いに位相の異なる複数種の交番電圧を印加することにより進行波電界を形成する現像剤搬送部材と、
この現像剤搬送部材の表面を覆いかつその表面上において現像剤搬送方向に移動するベルト部材と、を備え、
前記ベルト部材上に保持された現像剤を、前記進行波電界により搬送し、前記像担持体上の前記静電潜像を現像するようにした現像装置において、
前記像担持体のプロセス速度（ｍｍ／ｓｅｃ）：ｖｐ
前記像担持体上に必要とされる現像剤量（ｍｇ／ｃｍ2 ）：ｍｐ
前記ベルト部材の転動速度（ｍｍ／ｓｅｃ）：ｖｂ
前記ベルト部材上の現像剤量（ｍｇ／ｃｍ2 ）：ｍｂ
としたときに、前記現像剤の搬送量（ｖｂ×ｍｂ）に関し、
ｖｐ×ｍｐ＜ｖｂ×ｍｂ＜１．９３×ｖｐ×ｍｐ・・・・・・（１）式
上記（１）式が満たされることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
さらに、
前記現像剤搬送部材の電極ピッチ（ｍｍ）：λ
前記現像剤搬送部材の搬送周波数（Ｈｚ）：ｆ
としたときに、前記ベルト部材の転動速度ｖｂに関し、
ｖｂ＜λ×ｆ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）式
上記（２）式が満たされることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
さらに、現像剤の体積平均粒子径をＲ（μｍ）としたとき、
前記ベルト部材上の現像剤量ｍｂ（ｍｇ／ｃｍ2 ）に関し、
０．０３Ｒ≦ｍｂ≦１．９・・・・・・・・・・・・・・・・（３）式
上記（３）式が満たされることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】
さらに、
前記像担持体上に必要とされる現像剤量ｍｐ（ｍｇ／ｃｍ2 ）に関し、
０．１≦ｍｐ≦０．４・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）式
上記（４）式が満たされることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の現像装置。
【請求項５】
画像データに基づいて画像を形成する画像形成機能を有し、かつ、請求項１ないし４のいずれかに記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像担持体上に形成される静電潜像を現像剤によって現像する現像装置及び画像形成装置に係り、特に、進行波電界を用いて現像剤を搬送し、像担持体状に形成された静電潜像を顕画化する現像装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時は、複写機、プリンタ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置に適用される現像装置として、現像剤担持体を像担持体に接触させずに現像を行う非接触方式の現像装置が注目されており、パウダークラウド法、ジャンピング法又は電界カーテン（進行波電界）を利用した方法が提案されている。
【０００３】
電界カーテンを用いた装置としては、例えば、互いに位相が異なる複数種の交番電圧を発生する電源と、基材上に所定の間隔をおいて配列された複数の電極に前記電源からの交番電圧を印加することにより進行波電界を形成することによって現像剤を像担持体に向けて搬送させる現像剤搬送部材と、を備えた現像装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
また、本件出願人は、ＦＰＣ（フレキシブル回路基板）等からなる現像剤搬送部材上に直接現像剤供給を行い、その現像剤搬送部材から発生させた進行波電界を用いた現像剤搬送方法における問題点を解決する方法として、現像剤搬送部材を覆って転動するベルト部材により現像剤を供給するように構成し、そのベルト部材の表面をクリーニング部材によって常にリフレッシュすることにより、現像剤の搬送機能の安定化を図れるようにした現像装置を提案している（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特公平５−３１１４６号公報（明細書２頁右欄２０行〜３頁右欄５行、図１，図２）
【特許文献２】特公平５−３１１４７号公報（明細書２頁左欄２９行〜４頁右欄２１行、図１，図２）
【特許文献３】特開２００２−９１１６０号公報（段落「００３２」〜「００３４」、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、現像剤のベルト供給を伴う進行波電界を用いた現像方法では、高品位で良好な画像を形成するためには、像担持体に対して現像剤が安定に搬送されなければならない。そのためには、ベルト部材による現像剤の搬送量の設定がきわめて重要な課題となるはずである。
【０００６】
像担持体に対して現像剤が過剰に搬送されれば、画像濃度が高くなってカブリが発生したり、搬送量が少なすぎると、画像濃度が薄くなって鮮明な画像を得られなくなったりする。しかるに、上記特許文献１〜３等には、現像剤の搬送量の設定については、何ら言及されておらず、その対策が求められていた。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされ、像担持体に対する現像剤の搬送量を適切に設定するために、ベルト部材の転動速度とベルト部材上の現像剤量の条件を最適化した現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。
【０００９】
（１）表面に形成された静電潜像を担持する像担持体に対向して配置され、基材中に所定間隔を有して配列された複数の進行波発生電極に対して互いに位相の異なる複数種の交番電圧を印加することにより進行波電界を形成して現像剤を搬送する現像剤搬送部材と、この現像剤搬送部材の表面を覆いかつその表面上において現像剤搬送方向に移動するベルト部材と、を備え、前記ベルト部材上に保持された現像剤を、前記進行波電界により搬送し、前記像担持体上の前記静電潜像を現像するようにした現像装置において、
前記像担持体のプロセス速度（ｍｍ／ｓｅｃ）：ｖｐ
前記像担持体上に必要とされる現像剤量（ｍｇ／ｃｍ2 ）：ｍｐ
前記ベルト部材の転動速度（ｍｍ／ｓｅｃ）：ｖｂ
前記ベルト部材上の現像剤量（ｍｇ／ｃｍ2 ）：ｍｂ
としたときに、前記現像剤の搬送量（ｖｂ×ｍｂ）に関し、
ｖｐ×ｍｐ＜ｖｂ×ｍｂ＜１．９３×ｖｐ×ｍｐ・・・・・・（１）式
上記（１）式が満たされることを特徴とする。
【００１０】
現像装置における供給現像剤量の像担持体への現像効率は１００％には達しないため、像担持体の画像形成に必要とされる現像剤量以上の現像剤を供給する必要がある。画像形成に必要とされる量以上の現像剤を供給する場合には、現像剤搬送部材上の現像剤層を厚くしたり、現像剤を供給するベルト部材を高速で転動させることにより現像剤の供給量を増加させる方法がとられる。
【００１１】
しかしながら、現像剤層が厚すぎると、ベルト部材上に均一な現像剤層を形成することが困難となり、また、現像剤搬送部材で発生させる進行波電界による現像剤の像担持体への飛翔・搬送状態が不良（不安定）になることがある。
【００１２】
そして、ベルト部材の転動速度を高くすると、ベルト部材の摩耗が甚だしくなり寿命が短くなったり、ベルト部材の摩擦によりベルト部材そのものが摩擦帯電するため、安定した電場を形成できず、現像剤の安定搬送が阻害されることになる。また、現像剤の機内飛散が発生する虞れもある。さらには、ベルト部材と現像剤搬送部材の接触状態を安定に保つことが困難になり、ベルト表面に発生する進行波電界が乱れ、安定した現像剤搬送が行えなくなる場合がある。
【００１３】
また、本方式のような非接触型の現像方法に於いては、感光体への現像量を制御する因子として、現像剤の供給量が重要である。接触型の現像方式やジャンピング現像方式に於いても、現像剤の供給量制御は重要であるが、これらの他方式では機械的な作用や、現像剤の往復運動（感光体に付着したトナーの離脱作用）が働き、感光体への現像量を制御する作用が与えられるが、本方式に於いてはそのような作用は無く、現像剤供給量の制御が重要であり、本構成のように適切な現像剤供給条件を設定する必要がある。
【００１４】
この構成においては、現像剤の搬送量（ｖｂ×ｍｂ）を、上記（１）式に示すように、像担持体に必要とされる現像剤量（ｖｐ×ｍｐ）の１００％〜１９３％の範囲に設定することで、ベルト部材上での現像剤層の厚さが適度に保たれる。また、ベルト部材の転動速度の適切な設定が可能となる。
【００１５】
（２）さらに、
前記現像剤搬送部材の電極ピッチ（ｍｍ）：λ
前記現像剤搬送部材の搬送周波数（Ｈｚ）：ｆ
としたときに、
前記ベルト部材の転動速度ｖｂに関し、
ｖｂ＜λ×ｆ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）式
上記（２）式が満たされることを特徴とする。
【００１６】
ベルト部材による現像剤の送り速度が過大になると、ベルト部材による現像剤の送り動作から、現像剤搬送部材の電界作用による現像剤の搬送動作への切換動作が良好に行われず、像担持体への現像剤の搬送状態に支障を来すことがある。
【００１７】
この構成においては、ベルト部材の転動速度を、電界作用による現像剤の搬送速度よりも低く抑えることで、ベルト部材による送り動作を、電界による現像剤の搬送速度に追従させることができるため、現像領域にて、ベルト部材による現像剤の送り動作から現像剤搬送部材による搬送動作への切換が無理なく達成される。
【００１８】
（３）さらに、現像剤の体積平均粒子径をＲ（μｍ）としたとき、
前記ベルト部材上の現像剤量ｍｂ（ｍｇ／ｃｍ2 ）に関し、
０．０３Ｒ≦ｍｂ≦１．９・・・・・・・・・・・・・・・・（３）式
上記（３）式が満たされることを特徴とする。
【００１９】
ベルト部材上の現像剤層が厚すぎると、ベルト部材に均一な現像剤層を形成することが難しくなり、現像剤層に均一の帯電を与えることが困難となるので、電場が不安定になり、現像剤の搬送不良、現像剤の機内飛散が発生する。
【００２０】
特に非磁性１成分の現像剤を用いた場合、現像剤層をあまり厚くしすぎた場合、現像剤の保持能力が低下し、本構成の条件の設定が望ましい。
【００２１】
また、現像剤量が小さすぎる場合であるが、これは安定した均一な現像剤層を形成することが困難になる。これは現像剤量が少なすぎると、そのときの現像剤層の平均的な厚みが使用する現像剤の粒子径をよりも小さくなる。即ち、現像剤がある一定の密度で埋まらず、空間的に不均一な状態状態になってしまう。一般的に、非磁性１成分の現像剤を用いた場合、現像剤層を生成した状態での見かけ上の比重Ａ（かさ密度）は、おおよそ０．３ないし０．４程度、トナー密度（比重）ρはおおよそ１ないし１．２（ｇ／cm3）程度である。
【００２２】
使用する現像剤の体積平均粒径をＲ μm）とすると、現像剤層厚みｔ（μｍ）が現像剤粒径と同等になる現像剤付着量ｍboの条件は下記のようになる。
【００２３】
ｔ＝ ｍbo[mg/cm2]／（ρ[g/cm3] x Ａ x 103[mg/g] x 104[μm/cm]
空間的に均一な現像剤層を形成するには、
ｔ＞Ｒ
とするのが望ましく、このとき、
ｍbo[mg/cm2] ＞ (Ｒ[μｍ]ｘ 104[cm/μm])  ｘ (ρ[g/cm3] x Ａ x 103[mg/g])
と設定すればよい。
【００２４】
比較的に薄い現像剤層を形成する際、かさ密度は0.3程度でも保持できるため、Ａ＝０．３、またトナー比重ρを１．０とすると、
ｍbo＞ ０．０３  ｘ  Ｒ
となるように、ｍboを設定すれば良い。
【００２５】
この構成においては、ベルト部材上の現像剤量ｍｂに関し、上記（３）式を成立させるので、ベルト部材上の現像剤層を適切な厚さに規制することができるため、現像剤層への均一な帯電が可能となり、電場が安定する。また、空間的にも均一な現像剤層形成が維持でき、良好な画像形成を行うことができる。
【００２６】
（４）さらに、
前記像担持体上に必要とされる現像剤量ｍｐ（ｍｇ／ｃｍ2 ）に関し、
０．１≦ｍｐ≦０．４・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）式
上記（４）式が満たされることを特徴とする。
【００２７】
近年、画像形成装置に対して高画質化の要求が高まり、特に高画質化が必要なカラー画像形成装置に於いては、現像剤粒子径の小粒経化や現像剤使用量の低減化（薄層画像形成）が進んでいる。現状の乾式の電子写真方式では、体積平均粒子径は８μm以下、単色あたりの現像量は０．４〜０．７ｍｇ／ｃｍ2程度である。
【００２８】
接触式の現像方式、特に非磁性1成分接触現像では、感光体の周速度の１．２〜２倍程度の周速度で現像ローラーを回転させることで、感光体上の地カブリを抑制し、シャープ感のある画像形成を行う。よって感光体上の現像量を減らした薄層現像を行うためには、現像ローラ上の現像剤層の厚みを非常に薄く設定しなければならない。しかし、現像剤層の厚みを薄くすればする程、均一な現像剤層を形成するのは難しくなる。また、現像剤層規制ブレードへの現像剤の融着が発生しやすくなる。
【００２９】
例えば、体積平均粒径が７μｍ、現像ローラの周速比が２倍と設定された場合、感光体上で０．４ｍｇ/ｃｍ2程度の薄層現像を行うには、現像ローラ上には０．２ｍｇ/ｃｍ2 の付着量設定が必要となる。前述の粒子径とトナー付着量とトナー層厚みの内容から、このときにはトナー層厚みはほぼ７μｍ程度となり、均一なトナー層形成を行うのが困難な状態となる。
【００３０】
一方、本発明においては、非接触の現像方式であること、またトナー供給量はベルト上のトナー量とベルト移動量で決定できること、現像工程に寄与するトナー量は進行波電界によるトナー搬送作用（ベルト上のトナー移動速度よりはるかに速い）で決定できることから、薄層現像を行う場合であっても、トナー層を形成するベルト上では、均一性に問題が出るような薄いトナー層を形成する必要が無くなる。例えば、上記の接触現像の例を元に考えると、ベルトの周速度を感光体の１／２に設定すれば、ベルト上のトナー量は０．８ｍｇ／ｃｍ2となり、かさ密度が０．３〜０．４とすれば、トナー層厚は２０〜２７μmとなる。即ち、７μmのトナーであれば、３〜４層分となり、安定したトナー層形成が可能である。
【００３１】
この構成においては、像担持体上に必要とされる単位面積当たりの現像剤量ｍｐを、上記（４）式を満たす設定、即ち高画質な画像形成を行うには、本方式はより有用である。また、ｍｐが上記設定よりも大きい場合でも、本発明は適用可能であるが、像担持体上の現像剤層が薄くなる条件下では、本発明の適用範囲を与える条件設定の自由度が大となり、より好ましい条件設定が可能となる。
【００３２】
なお、下限の値については、以下の内容により制限される。ｍｐが小さくなる条件では、現像剤の着色剤（顔料  等）の含有比率を上げることと、粒子径をより小さくする必要がある。乾式のトナーにおいては、顔料濃度を２０％程度まで上げることで、ｍｐ≒０．１ｍｇ／ｃｍ2 でも必要な着色力を得ることができるが、これ以上の顔料濃度ではトナー中での顔料分散性の問題や、紙面上での定着工程でトナー層を薄く引き延ばし、十分な被覆を行うことが難しくなり、着色力増加の効果があまり現れない。更にはこの領域になると、トナー粒子径も１〜２μm程度としないと、トナーを溶融して変形させ、前記の定着状態を得ることが難しい。この程度の超小粒径トナーでは、トナーとベルトとの非静電的な付着力（分子間力や液架橋力  等）が大きくなり、進行波電界によるトナー搬送性能が低下してしまうため、冒頭の下限設定を含めた条件が好適である。
【００３３】
（５）画像形成装置において、画像データに基づいて画像を形成する画像形成機能を有し、かつ、請求項１ないし４のいずれかに記載の現像装置を備えることを特徴とする。
【００３４】
この構成においては、現像剤の搬送量（ｖｂ×ｍｂ）を、像担持体に必要とされる現像剤量（ｖｐ×ｍｐ）の１００％〜１９３％の範囲に設定することで、現像装置のベルト部材上での現像剤層の厚さが適切に保たれる。また、ベルト部材の転動速度を適切に設定することができる。
【発明の効果】
【００３５】
以上の説明から明らかなように、本発明は、以下の効果を奏する。
【００３６】
（１）現像剤の搬送量（ｖｂ×ｍｂ）を、像担持体に必要とされる現像剤量（ｖｐ×ｍｐ）の１００％〜１９３％の範囲に設定するので、ベルト部材上での現像剤層の厚さを適切に保つことができ、現像剤層を均一に形成し易くなり、均一な帯電により、電場を安定化させ、像担持体への現像剤の搬送状態（搬送性）を安定に向上させることができ、良好な現像状態を得ることができる。
【００３７】
また、ベルト部材の転動速度を無理なく適切な値に設定することができるため、摩擦帯電の発生を防ぐこともでき、さらに電場の安定化を図れ、かつ、摩耗によるベルト部材の寿命の短縮化を防ぐこともできる。また、現像剤の機内飛散を防ぐこともできる。
【００３８】
（２）上記（２）式に示すように、ベルト部材の転動速度を、電界作用による現像剤の搬送速度よりも低く抑えるので、現像領域と対応する位置にて、ベルト部材による現像剤の供給動作から現像剤搬送部材による像担持体への搬送動作への切換を無理なく達成できるため、像担持体への現像剤の搬送状態を安定に保つことができ、良好な現像状態を得ることができる。また、現像剤の機内飛散を防止することもできる。
【００３９】
（３）ベルト部材上の現像剤量ｍｂに関し、上記（３）式を成立させるので、ベルト部材上の現像剤層を適切な厚さに規制することができるため、現像剤層への均一な帯電が可能となり、電場の安定化が図れることから、現像剤の搬送状態が安定化し、良好な現像状態を得ることができる。また、現像剤の機内飛散を防止することもできる。
【００４０】
（４）像担持体上に必要とされる単位面積当たりの現像剤量ｍｐを、上記（４）式を満たすように設定するので、ベルト部材上で薄層を形成する必要がなくなり、ベルト部材によって搬送される現像剤層は適度に厚さの層にすることができる。
【００４１】
また、像担持体と現像剤搬送部材とが非接触であるため、たとえ、現像剤層を薄層に形成しても、良好な現像状態を得ることができる。さらに、像担持体上の現像剤層が薄くなる条件下では、本発明の適用範囲を与える条件設定の自由度が大となり、高速画像形成条件下でも良好な現像を行うことができる。
【００４２】
（５）画像形成装置において、現像剤の搬送量（ｖｂ×ｍｂ）を、像担持体に必要とされる現像剤量（ｖｐ×ｍｐ）の１００％〜１９３％の範囲に設定するので、ベルト部材上での現像剤層の厚さを適切に保つことができ、現像剤層を均一に形成し易くなり、均一な帯電により電場を安定化させ、像担持体への現像剤の搬送性を向上させることができる。これにより、良好な現像状態が得られ、高品位な画像を形成することができる。
【００４３】
また、ベルト部材の転動速度を無理なく適切な値に設定することができるため、摩擦帯電の発生を防ぐこともでき、さらに電場の安定化を図れ、かつ、摩耗によるベルト部材の寿命の短縮化を防ぐこともできる。また、現像剤の機内飛散を防ぐこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下に本発明の実施の一形態に係る現像装置及び画像形成装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００４５】
●《画像形成装置》
図１は、本発明の現像装置を備えた画像形成装置の構成を示す説明図である。この画像形成装置の内部には、像担持体としての円筒状の感光体ドラム１が設けられている。この感光体ドラム１を中心として、その周囲に、帯電部材２、露光部材３、現像装置４、転写部材５、クリーニング部材６及び除電部材７がこの順で配設されている。
【００４６】
また、感光体ドラム１と転写部材５との間には、記録媒体としての用紙（ＰＰＣ用紙等）Ｐが搬送される用紙搬送路が配設されている。その用紙搬送路の搬送方向から見て感光体ドラム１の下流側には、上下一対の定着部材８１，８１を備えた定着装置８が配設されている。
【００４７】
電子写真プロセスでは、感光体ドラム１に原稿像、あるいはホストコンピュータ（図示せず）等から取り込んだデータに対応した静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置４によって現像（可視化）され、用紙Ｐ上に転写されて画像形成が行われる。感光体ドラム１は、導電性基体１１上に光導電層１２が形成されており、帯電部材２から上記各部材３〜７の配置順に従って回転可能となっている。
【００４８】
まず、感光体ドラム１の表面（光導電層１２）は、帯電部材２によって所定の電位となるまで帯電される。所定電位まで帯電された感光体ドラム１の表面は、感光体ドラム１の回転によって露光部材３の位置まで到達する。この露光部材３は書き込み手段であり、画像情報に基づいて、例えばレーザ光などの光によって帯電している感光体ドラム１の表面上に画像を書き込む。これによって、感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。静電潜像が形成された感光体ドラム１の表面は、その感光体ドラム１の回転によって現像装置４の位置まで到達する。
【００４９】
現像装置４では、現像剤搬送部材４１上を搬送される現像剤（トナー）Ｔによって、感光体ドラム１の表面の静電潜像を現像剤像として現像する。現像剤Ｔが担持された感光体ドラム１の表面は、この感光体ドラム１の回転によって転写部材５の位置まで到達する。転写部材５は、感光体ドラム１の表面上の現像剤Ｔを用紙Ｐ上に転写する。感光体ドラム１から用紙Ｐ上に転写された現像剤像は定着装置８によって用紙Ｐ上に定着される。
【００５０】
現像剤像が転写された後の感光体ドラム１の表面は、この感光体ドラム１の回転によってクリーニング部材６の位置まで到達する。クリーニング部材６は、感光体ドラム１の表面に残留している現像剤Ｔや紙粉などを除去する。クリーニング部材６によってクリーニングされた感光体ドラム１の表面は、この感光体ドラム１の回転によって除電部材７の位置まで到達する。除電部材７は、感光体ドラム１の表面に残留している電位を除去する。上述した一連の動作によって一回の画像形成が終了する。
【００５１】
感光体ドラム１としては、例えばアルミニウムなどで製作された導電性基体（金属ドラム）１１の外周面に、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、セレン（Ｓｅ）や有機光半導体（ＯＰＣ）などの光導電層１２が薄膜状に形成されてなる構成が挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００５２】
帯電部材２としては、例えばタングステンワイヤなどの導電線、金属性のシールド板、グリッド板からなるコロナ帯電器や帯電ローラ、帯電ブラシなどの構成が挙げられるが、特に限定されるものではない。露光部材３としては、例えば半導体レーザや発光ダイオードなどが挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００５３】
また、転写部材５としては、例えば、コロナ転写器、転写ローラ、転写ブラシなどが挙げられるが、特に限定されるものではない。クリーニング部材６としては、クリーニングブレードなどが挙げられるが、特に限定されるものではない。除電部材７としては、除電ランプなどが挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００５４】
●《現像装置》
次に、現像装置４について説明する。現像装置４は、図１及び図２に示すように、ケーシング４０、ＦＰＣ等からなる現像剤搬送部材４１、ミキシングパドル４２、支持部材４３、現像剤層厚規制部材４６などによって構成されており、現像剤搬送部材４１には、多相交流電源４７及び現像バイアス直流電源４８が接続されている。ベルト上へのトナー層形成は、現像剤層厚規制部材４６にて所望の厚み、付着量に制御される。ベルトの移動により、トナー層は現像剤搬送部材４１にて進行波電界発生電極４１ｂが存在する領域（図３、図６参照）まで移送され、進行波電界により現像領域にトナーが搬送される。ケーシング４０は、現像剤Ｔを内部に収容するものであり、また、必要に応じて現像装置４を構成する部材を支持する。また、ミキシングパドル４２は、ケーシング４０内に収容されている現像剤Ｔを混合する。
【００５５】
また、図２に示すように、ベルト上へのトナー層形成手段として、現像剤供給手段４４を設け、一旦、現像剤供給手段４４上に所定のトナー層を形成し、これをベルト側に転写するといった方法でも良い。また図２では、現像工程で未使用となったトナーが飛散しないように現像剤回収手段４５を設けている。
【００５６】
また、図示していないが、ベルト回転方向の上流側にスポンジローラー等を当接させたり、非接触の多角形状や粗面化した回転部材等を設けて、トナー供給補助を行っても良い。
【００５７】
現像剤搬送部材４１の表面（感光体ドラム１との対向面）には、その表面を周方向に覆うように無端ベルト（ベルト部材）１０１が張架され、この無端ベルト１０１は、ケーシング４０内に設けられたベルト駆動部材１０２によって、現像剤Ｔの搬送方向に所定の周速度で転動する。図３のように、現像剤搬送部材４１は、感光体ドラム１の現像領域に対向して無端ベルト１０１を案内する案内面が凸形状の曲面に形成され、現像領域では、その凸曲面部が感光体ドラム１に対して最接近するようになっている。
【００５８】
上述のように、無端ベルト１０１が所定の周速度で転動することによって、現像剤搬送部材４１の表面が常に刷新され、この表面上での帯電及び現像剤Ｔの固着が防止される。
【００５９】
後述するが、この無端ベルト１０１の駆動速度は、ベルト上のトナー量と、感光体上で必要なトナー量および感光体周速度により決定される。
【００６０】
また、無端ベルト１０１には、現像剤搬送部材４１の表面に対し密着した状態となるように一定の張力が付与されており、その表面上において進行波発生電極４１ｂにより形成された進行波電界（電界カーテン）が均一に作用するようになっている。
【００６１】
無端ベルト１０１の材料としては、ポリイミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化エチレンプロプレン、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニデンフロリド）、ポリアミドイミド系、ナイロンなどの有機材料や、シリコン、イソプレン、ブタジエンなどのゴム材料を挙げることができる。これらのベルト材料は絶縁性もしくは導電剤を分散させた高抵抗（体積抵抗率ρ：１E+9〜14Ω・ｃｍ、１００V印加）としたものが好適である。伝導性付与に関しては、電子伝導タイプあるいはイオン導電タイプのものを用いることができる。また、無端ベルト１０１の厚みは、現像剤搬送部材４１の電極間ピッチλ（図４参照）にもよるが、５μｍ〜２００μｍ、好ましくは１０μｍ〜１００μｍがよい。
【００６２】
ベルト駆動部材１０２としては、ＳＵＳ（ステンレス）または鉄などの金属ローラ部材や、これを芯金にしてその表面にゴム、フィルムやスポンジなどの部材を被覆したものが用いられる。さらに、この実施形態においては、無端ベルト１０１の転動動作をスムーズにするために、無端ベルト１０１に当接するように駆動補助部材１０３が設けられている。無端ベルト１０１は、ベルト駆動部材１０２との摩擦力が大きくなるよう、駆動補助部材１０３にて押し込まれた状態となっており、ベルト駆動部材１０２との接触性が高く、高い駆動力を得られる構造となっている。さらには、ベルト部材の生産バラツキ、経時使用、使用環境による周長変化が発生した際にも、駆動補助部材により現像剤搬送部材との接触状態を安定に保つ作用も付与できる。
【００６３】
駆動補助部材１０３としては、ベルト駆動部材１０２と同様に、ＳＵＳまたは鉄などの金属ローラ部材や、これを芯金にしてその表面にゴム、フィルムやスポンジなどの部材を被覆したものを挙げることができる。また、駆動補助部材１０３の形状は、ローラ状だけでなく、板状あるいは角状であってもよい。さらに、駆動補助部材１０３には、ベルト駆動部材１０２に対して加圧当接させるための加圧手段（図示せず）が設けられていてもよい。その加圧手段としては、例えば板ばねやコイルばねなど、押付け力を付与できるものを挙げることができる。
【００６４】
駆動補助部材１０３の回動機構としては、無端ベルト１０１との接触による従動回転機構、ギヤまたはプーリーとベルトにてベルト駆動部材１０２の駆動源に連結する連結駆動機構などを挙げることができる。また、図示は省略するが、駆動補助部材１０３には別の駆動源を設けてもよい。あるいは、駆動補助部材１０３を電気的に接地することにより、無端ベルト１０１の表面に帯電した電位を除電することができる。
【００６５】
さらに、この実施形態においては、無端ベルト１０１上に付着した現像剤Ｔを除去するためのクリーニング部材として、ベルト駆動部材１０２に無端ベルト１０１を介して当接するクリーニングブレード１０４を設けている。クリーニングブレード１０４はケーシング４０の一部に固定されている。クリーニングブレード１０４の材質としては、ＳＵＳ、ニッケルコートを施した鉄、ウレタンまたはシリコンゴムなどが挙げられる。
【００６６】
クリーニングブレード１０４は、無端ベルト１０１上に残留した現像剤Ｔを掻き取り、無端ベルト１０１表面をクリーニングするとともに、ケーシング４０の現像剤蓄積部４０ａに現像剤Ｔを戻す。なお、図２の構造では、クリーニングブレード１０４と現像剤供給手段４４との間に存在する無端ベルト１０１に、現像剤Ｔが付着しないように、無端ベルト１０１側と、現像剤蓄積部４０ａ側とを隔てるための隔壁部材１０５が設けられており、無端ベルト１０１のクリーニングをより有効に行える構造となっている。
【００６７】
現像剤搬送部材４１の下方端部には、無端ベルト１０１に対して現像剤Ｔを供給するローラ部材からなる現像剤供給手段４４が設けられている。また、現像剤搬送部材４１の上方端部には、無端ベルト１０１の表面の現像剤Ｔをケーシング４０内部に回収するためのローラ部材からなる現像剤回収手段４５が設けられている。なお、本実施形態では、現像剤回収手段４５が現像剤搬送部材４１の表面に回転可能に接触している形態としているが、これに限定されるものではなく、非接触の形態や、回動しない形態であってもよい。
【００６８】
現像剤供給手段４４は、ケーシング４０内に収容されている現像剤Ｔを無端ベルト１０１に載せて現像領域まで供給するためのものであり、無端ベルト１０１に対して所定の当接圧で当接した状態に設けられている。現像剤供給手段４４と現像剤搬送部材４１との圧接力はバネ等によって与えられる。現像剤供給手段４４には、その表面上に形成する現像剤層の層厚を規制するための現像剤層厚規制部材４６が当接している。
【００６９】
現像剤供給手段４４の素材としては、特に限定されるものではないが、例えばシリコーン、ウレタン、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−メチレン共重合体）などのソリッドゴム、発泡ゴムなどが挙げられる。また、カーボンブラックやイオン導電剤を添加することによって導電性を付与してもよい。また、電圧を印加してもよい。
【００７０】
なお、現像剤供給手段４４及び現像剤搬送部材４１の弾性率を調整して両者の位置関係を制御するようにしてもよい。さらに、現像剤供給手段４４に印加する電圧を適切な値に設定し、現像剤供給手段４４に現像剤Ｔを帯電させる機能を付加するようにしてもよい。あるいは、現像剤供給手段４４の前段に、例えば薄板状のブレード（材料としては、現像剤供給手段４４と同じものが使用可能）を設けて現像剤Ｔを帯電させるようにしても構わない。
【００７１】
現像剤回収手段４５は、感光体ドラム１上の静電潜像の現像に寄与しない現像剤Ｔを回収してケーシング４０内に戻すためのものであり、その材質としては、特に限定されないが、例えば現像剤供給手段４４と同様のものを使用することができる。また、支持部材４３は、ベルト形状の現像剤搬送部材４１を感光体ドラム１の現像領域に対向した状態を保持するためのもので、その構成は特に限定されるものではない。その素材として、例えば、ＡＢＳ（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene ：アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹脂などを挙げることができる。
【００７２】
現像剤搬送部材４１は、電界カーテン作用により現像剤Ｔを搬送するものであり、図４に示すように、絶縁層からなる基材４１ａ上に、電界カーテン作用を発生させる長尺状の進行波発生電極４１ｂが、４本を１組として複数組が順次連続して配設されている。この現像剤搬送部材４１の表面側は表面保護層４１ｃによって覆われている。
【００７３】
そして、これらの進行波発生電極４１ｂに多相交流電源４７から多相の交番電圧が印加されることにより、現像剤搬送部材４１の表面に平行となる方向に電界カーテンが形成され、これによって現像領域まで電界カーテン作用により現像剤Ｔを搬送する。また、進行波発生電極４１ｂには、現像バイアス直流電源４８にてバイアス電圧が印加される。
【００７４】
現像剤搬送部材４１の具体例を挙げると、例えば、基材４１ａ：ポリイミド（厚さ２５μｍ）、進行波発生電極４１ｂ：銅（厚さ１８μｍ）、表面保護層４１ｃ：ポリイミド（厚さ２５μｍ）といった構成を挙げることができる。進行波発生電極４１ｂは、約５０ｄｐｉ（dot per inch）〜３００ｄｐｉ、すなわち約５００μｍ〜８５μｍのピッチの間隔を保って互いに平行に配置されており、幅４０μｍ〜２５０μｍ程度の微小電極となっている。
【００７５】
なお、本実施形態では、４本の進行波発生電極４１ｂを１組とし、これら各組の進行波発生電極４１ｂに対して、例えば図５に示すような電圧波形の４相の交番電圧を印加し、進行波発生電極４１ｂ上に進行波電界を形成しているが、これに限定されるものではなく、３本の進行波発生電極４１ｂを１組として３相の交番電圧を印加しても構わない。
【００７６】
上記電圧波形は、正弦波や台形波などでもよく、電圧値の範囲としては１００Ｖ〜３ｋＶ程度が好ましい。また、周波数の範囲としては１００Ｈｚ〜５ｋＨｚが好ましい。ただし、これらの電圧値や周波数については、進行波発生電極４１ｂの形状、現像剤Ｔの搬送速度、現像剤Ｔの使用材料などによって適正値を設定すればよく、特に限定されるものではない。
【００７７】
◆〈現像剤の搬送量〉
本発明では、特に、感光体ドラム１に対する現像剤の搬送量を適切に設定するために、ベルト部材１０１の転動速度とベルト部材１０１上の現像剤量の条件を最適化している。すなわち、感光体ドラム１のプロセス速度（ｍｍ／ｓｅｃ）をｖｐ、感光体ドラム１上に必要とされるトナー量（ｍｇ／ｃｍ2 ）をｍｐ、ベルト部材１０１の転動速度（ｍｍ／ｓｅｃ）をｖｂ、ベルト部材１０１上のトナー量（ｍｇ／ｃｍ2 ）をｍｂ、としたときに、現像剤の搬送量（ｖｂ×ｍｂ）に関し、
ｖｐ×ｍｐ＜ｖｂ×ｍｂ＜１．９３×ｖｐ×ｍｐ・・・・・・（１）式
上記（１）式が満たされるようにしている。
【００７８】
現像装置４による感光体ドラム１の現像効率は１００％に達しないため、感光体ドラム１の画像形成に必要とされる現像剤量以上の現像剤を供給する必要がある。本発明では、ベルト部材１０１の転動速度とベルト部材１０１上の現像剤量の条件を最適化するための適切な実験を行い、その実験結果（表１参照）に基づいて、上記（１）式に示すように、トナーの搬送量（ｖｂ×ｍｂ）を、感光体ドラム１０１に必要とされるトナー量（ｖｐ×ｍｐ）の１００％〜１９３％の範囲に設定している。
【００７９】
このような設定により、ベルト部材１０１上でのトナー層の厚さを適切に保つことができ、これにより、均一な帯電により電場の安定化を図り、トナーの搬送性を向上させることができる。また、ベルト部材１０１の転動速度を適切に設定することができ、摩擦帯電の発生を防ぐこともでき、さらに電場の安定化を図ることができ、トナーの機内飛散を防ぐこともできる。
【００８０】
【表１】
2005055698.tif 000003
【００８１】
感光体ドラム１の３段階の周速度に対して、ｍｐ、ｍｏ（＝ｍｐ×ｖｐ）、ｍｂ、ｖｂの値をそれぞれ表記のように異ならせた場合につき、それぞれ形成された画像の品位と共に、トナー搬送状態、トナー層の均一性、カブリ、機内飛散等々について調べた。判定の欄には、不具合が全く発生せず、最良の状態で高品位な画像が形成された場合は◎印、不具合がなく、良好な状態で画像が形成された場合は○印、何らかの不具合は発生したが、何とか使用できる程度の画像が形成され場合には△印、不具合が発生し、使用できない程度に品位の低い画像が形成された場合には×印、をそれぞれ付している。
【００８２】
表１から、感光体ドラム１へのトナーの供給量（ｖｂ×ｍｂ）を、感光体ドラム１０１に必要とされるトナー量（ｖｐ×ｍｐ）の１００％〜１９３％の範囲に設定した場合には、◎または○印の判定結果を得られることを確認することができる。しかし、この範囲を逸脱すると、搬送状態が安定しなかったり、トナー層が不均一になったり、カブリやトナーの機内飛散等の不具合が発生し、画像品位も低下し、△または×印の判定結果になることが判った。
【００８３】
◆〈ベルト部材の転動速度〉
また、ベルト部材１０１の転動速度ｖｂについては、下記（２）式のように設定することができる。すなわち、現像剤搬送部材４１の電極ピッチ（ｍｍ）をλ、現像剤搬送部材４１の搬送周波数（Ｈｚ）をｆとしたときに、
ｖｂ＜λ×ｆ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）式
上記（２）式が満たされることが好ましい。
【００８４】
ベルト部材１０１の転動速度ｖｂを、上記（２）式のように設定することで、ベルト部材１０１によって現像領域に対応する位置に搬入されたトナーを、現像剤搬送部材４１によって感光体ドラム１に向けてタイミングよく飛翔搬送させることができる。すなわち、ベルト部材１０１によるトナーの送り動作と、現像剤搬送部材４１による飛翔・搬送動作と、の切換をスムーズに行うことができ、感光体ドラム１に対してトナーを安定に供給することができる。これにより、現像状態が安定化し、高品位な画像の形成が可能となる。
【００８５】
図７，図８はベルト部材１０１によるトナーの搬送状態についての説明図である。図の左側は、４相のDuty５０％の矩形波電圧を位相差９０度で印加した時の電圧波形の時間変化を示しており、進行波電圧の２周期分を示している。右側は、印加電圧の時間変化に対応する、ベルトおよびベルト上のトナーの移動および、進行電界によるトナー搬送作用の時間変化の概念図である。
【００８６】
トナーの搬送状態が良好な場合には、ベルト部材１０１の転動速度ｖｂが、上記（２）式を満たし、図７に示すように、トナーは、ベルト部材１０１上で常に正規の搬送方向（図示右方向）の電界作用を受けて安定に搬送される。すなわち、この場合、電界１周期の時間（１／ｆ）におけるベルト部材１０１の移動量（ｖｂ／ｆ）が、電極間ピッチ（λ）以下に設定されることから、ベルト部材１０１のトナーは、所望の進行方向の電界作用を受けるため、ベルト部材１０１上で正規の搬送方向に向けてのみ安定に搬送される。
【００８７】
これに対して、ベルト部材１０１の転動速度ｖｂが速くなり、上記（２）式を満たさない場合、例えば、図８に示すように、トナーは、ベルト部材１０１上で逆向きの搬送方向（図示左方向）の電界作用を受けて不安定な搬送状態となる（Phase.3,４、7、８がこれに相当）。すなわち、この場合、電界１周期の時間（１／ｆ）におけるベルト部材１０１の移動量（ｖｂ／ｆ）が、電極間ピッチ（λ）以上になることから、ベルト部材１０１の送り動作が、電界作用によるトナーの搬送動作よりも速くなるため、電界作用を受けたトナーがベルト部材１０１の送り動作に追従できず、トナーはベルト部材１０１上で電界作用によって正規の搬送方向とは逆向き搬送力を受けることとなり、不安定な搬送状態となる。このような場合には、良好な現像状態は得られず、画像品位が低下するだけでなく、トナーの機内飛散も発生する。
【００８８】
◆〈ベルト部材上のトナー量〉
さらに、ベルト部材１０１上のトナー量ｍｂについては、下記（３）式のように設定することができる。すなわち、現像剤の体積平均粒子径をR（μm）としたとき、トナー量ｍｂに関し、
０．０３Ｒ≦ｍｂ≦１．９・・・・・・・・・・・・・・・・（３）式
上記（３）式が満たされることが好ましい。この範囲にトナー量ｍｂを設定することで、トナー層が均一化され、トナー層を均一に帯電させることがき、電場の安定化を図ることができため、感光体ドラム１へのトナーの搬送状態の安定化が可能となり、不具合の発生を抑え、高品位な画像の形成が可能となる。
【００８９】
◆〈感光体ドラムに必要とされるトナー量〉
そして、感光体ドラム１に必要とされるトナー量ｍｐについては、下記（４）式のように設定することができる。すなわち、トナー量ｍｐについては、
０．１≦ｍｐ≦０．４・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）式
上記（４）式が満たされることが好ましい。
【００９０】
近年、画像形成装置に対して高画質化の要求が高まり、特に高画質化が必要なカラー画像形成装置に於いては、現像剤粒子径の小粒経化や現像剤使用量の低減化（薄層画像形成）が進んでいる。現状の乾式の電子写真方式では、体積平均粒子径は８μm以下、単色あたりの現像量は０．４〜０．７ｍｇ／ｃｍ2程度である。
【００９１】
接触式の現像方式、特に非磁性1成分接触現像では、感光体の周速度の１．２〜２倍程度の周速度で現像ローラーを回転させることで、感光体上の地カブリを抑制し、シャープ感のある画像形成を行う。よって、感光体上の現像量を減らした薄層現像を行うためには、現像ローラ上の現像剤層の厚みを非常に薄く設定しなければならない。しかし、現像剤層の厚みを薄くすればする程、均一な現像剤層を形成するのは難しくなる。また、現像剤層規制ブレードへの現像剤の融着が発生しやすくなる。
【００９２】
例えば、体積平均粒径が７μm、現像ローラの周速比が2倍と設定された場合、感光体上で０．４ｍｇ／ｃｍ2 程度の薄層現像を行うには、現像ローラ上には０．２ｍｇ／ｃｍ2 の付着量設定が必要となる。前述の粒子径とトナー付着量とトナー層厚みの内容から、このときにはトナー層厚みはほぼ７μm程度となり、均一なトナー層形成を行うのが困難な状態となる。
【００９３】
一方、本発明においては、非接触の現像方式であること、またトナー供給量はベルト上のトナー量とベルト移動量で決定できること、現像工程に寄与するトナー量は進行波電界によるトナー搬送作用（ベルト上のトナー移動速度よりはるかに早い）で決定できることから、薄層現像を行う場合であっても、トナー層を形成するベルト上では、均一性に問題が出るような薄いトナー層を形成する必要が無くなる。例えば、上記の接触現像の例を元に考えると、ベルトの周速度を感光体の１／２に設定すれば、ベルト上のトナー量は０．８ｍｇ／ｃｍ2 となり、かさ密度が０．３〜０．４とすれば、トナー層厚は２０〜２７μｍとなる。即ち、７μｍのトナーであれば、３〜４層分となり、安定したトナー層形成が可能である。
【００９４】
この構成においては、像担持体上に必要とされる単位面積当たりの現像剤量ｍｐを、上記（４）式を満たす設定、即ち高画質な画像形成を行うには、本方式はより有用である。また、ｍｐが上記設定よりも大きい場合でも、本発明は適用可能であるが、像担持体上の現像剤層が薄くなる条件下では、本発明の適用範囲を与える条件設定の自由度が大となり、より好ましい条件設定が可能となる。
【００９５】
なお、下限の値については、以下の内容により制限される。ｍｐが小さくなる条件では、現像剤の着色剤（顔料等）の含有比率を上げることと、粒子径をより小さくする必要がある。乾式のトナーにおいては、顔料濃度を２０％程度まで上げることで、ｍｐ≒０．１ｍｇ／ｃｍ2 でも必要な着色力を得ることができるが、これ以上の顔料濃度ではトナー中での顔料分散性の問題や、紙面上での定着工程でトナー層を薄く引き延ばし、十分な被覆を行うことが難しくなり、着色力増加の効果があまり現れない。更にはこの領域になると、トナー粒子径も１〜２μm程度としないと、トナーを溶融して変形させ、前記の定着状態を得ることが難しい。この程度の超小粒径トナーでは、トナーとベルトとの非静電的な付着力（分子間力や液架橋力  等）が大きくなり、進行波電界によるトナー搬送性能が低下してしまうため、冒頭の下限設定を含めた条件が好適である。
【００９６】
なお、本発明は、静電潜像は所定の電荷を付与して帯電させた像担持体上に光情報を書き込んだものだけでなく、イオンフロー方式のように誘電体上に直接静電電荷潜像を形成するものや、現像剤ジェット方式のように複数の開口部を有する電極に任意の電圧を印可することにより空間に静電潜像を形成し、現像剤を記録媒体に飛翔させ直接画像形成を行うものに適用可能である。すなわち、イオンフロー方式のような方式の場合は、誘電体等の潜像担持体の周速度がｖｐであり、その上の必要なトナー量がｍｐとなる。トナージェット方式の場合では、印字媒体（中間媒体も含む）の周速度がｖｐ、必要トナー量がｍｐとして適応できる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成についての説明図である。
【図２】同現像装置の構成についての説明図である。
【図３】同現像装置の要部説明図である。
【図４】同現像剤搬送部材の構成説明図である。
【図５】同進行波電界周期の説明図である。
【図６】本発明のｖｐ、ｖｂ、ｍｐ、ｍｂの説明図である。
【図７】同搬送性が良好なときのベルト部材上のトナーの状態を示す説明図である。
【図８】同搬送性が不良なときのベルト部材上のトナーの状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９８】
１−像担持体
４−現像装置
４１−現像剤搬送部材
４１ａ−基材
４１ｂ−進行波発生電極
１０１−ベルト部材
ｖｐ−プロセス速度
ｍｐ−像担持体上に必要とされるトナー量
ｖｂ−転動速度
ｍｂ−ベルト部材上のトナー量
λ−電極間ピッチ
【図１】
2005055698.tif 000004
【図２】
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【図３】
2005055698.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2005055698.tif 000009
【図７】
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【図８】
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